химический каталог




ВАНАДИЙ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ВАНАДИЙ (от имени др.-сканд. богини красоты Ванадис, Vanadis; лат. Vanadium) V, химический элемент V гр. периодической системы, ат. н. 23, ат. м. 50,9415. Прир. ВАНАДИЙ состоит из стабильного изотопа 51V (99,76%) и слабо радиоактивного 50V (T1/2 1014 лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природные смеси изотопов 4,98*10-28 м2. Конфигурация внешний электронной оболочки 3d34s2; степень окисления от + 2 до +5; энергия (эВ) ионизации при последоват. переходе от Vo к V5+ соответственно 6,74, 14,65, 29,31, 48,4, 65,2; электроотрицательность по Полингу 1,6; атомный радиус 0,134 нм, ионные радиусы (в скобках - координац. числа ВАНАДИЙ): V2+ 0,093 нм (6), V3+ 0,078 нм (6), V4+ 0,067 (5), 0,072 (6) и 0,086 нм (8), V5+ 0,050 (4), 0,060 (5) и 0,068 нм (6). Содержание ВАНАДИЙ в земной коре 1,9*10-2 % по массе (в почве -1,0*10-2 %), в воде океанов -3*10-7 %, золе растений - 6,1*10-3 %. Относится к рассеянным элементам. В свободный виде в природе не встречается. Важнейшие минералы: патронит V(S2)2, ванадинит Pb5(VO4)3Cl, деклуазит Pb(Zn, Cu)(VO4)(OH), моттрамит 5(Cu, Pb)O*V2O5*2H2O, тюямунит Ca(UO2)2(VO4)2*8H,O, карнотит K2(UO2)2(VO4)2*3H2O, роскоэлит KV2 [AlSi3O10](OH)2. В некоторых магнетитовых, титаномагнетитовых и осадочных железных рудах и ванадийсодержащих фосфоритах содержится до 2,5-3,0% V2O5. В. также присутствует в окисленных медно-свинцово-цинковых рудах (в виде минералов), высокосернистых нефтях (до 300 г в 1т), битуминозных сланцах, асфальтитах. Мировые запасы ВАНАДИЙ (без СССР) - 42 млн. т.

Свойства. ВАНАДИЙ - серебристо-серый металл; кристаллич. решетка кубич. объемноцентрированная, а = 0,3024 нм, z = 2, пространств. группа Im3m. Температура плавления 1920°С, т. кип. 3400°С; плотность 6,11 г/см3; Сp° 24,95 Дж/(моль*К); 23,05 кДж/моль, 474 кДж/моль (1900°С); So298 28,9 Дж/(моль*К); уравение температурной зависимости давления пара 1gр(мм рт. ст.) = - 26650/Т - 0,112*10-3Т + 10,815 (293 - 2173 К); температурный коэффициент линейного расширения 8,98*10-6 К-1; теплопроводность 1,0 Вт/(м*К) (293 К); образца после холодной деформации 24,8*10-8 Ом*м, температурный коэффициент 3,4*10-3 К-1 (273-373 К). ВАНАДИЙ парамагнитен, магн. восприимчивость массивного образца 5,48*10-9. Стандартный электродный потенциал V2+/V° - 1,50 ВАНАДИЙ Температура перехода в сверхпроводящее состояние ниже 5,4 К. Для металла (очищенного иодидным методом) после отжига модуль упругости 141000 МПа; пределы пропорциональности, текучести и прочности при растяжении соответственно 85, 118 и 220 МПа; твердость по Бринеллю 600 МПа; коэффициент Пуассона 0,36; относит. удлинение 17-45%. ВАНАДИЙ пластичен, при нагревании на воздухе выше 300°С становится хрупким. Примеси кислорода, водорода и азота резко снижают пластич. свойства ВАНАДИЙ и повышают его твердость и хрупкость. ВАНАДИЙ отличается высокой химический стойкостью в морской воде, водных растворах минеральных солей, довольно стоек к действию разбавленый соляной кислоты, не взаимодействие на холоду с разбавленый HNO3 и H2SO4. Реагирует с фтористоводородной кислотой, концентрированными HNO3 и H2SO4, с царской водкой. Не взаимодействие с растворами щелочей, но в расплавах щелочей в присутствии воздуха окисляется с образованием ванадатов. Кислород раств. в ВАНАДИЙ, причем растворимость увеличивается с повышением температуры. При содержании кислорода до ~ 1% кристаллич. решетка ВАНАДИЙ остается кубической (фаза), при больших содержаниях она перестраивается в тетрагональную (фаза), что, по-видимому, является основные причиной сильного влияния кислорода на твердость ВАНАДИЙ При комнатной температурефаза сохраняет гомогенность при содержании кислорода от 2,0 до 10,3%. При 600-700°С происходит интенсивное окисление компактного металла до V2O5 (см. также Ванадия оксиды).

Выше 700°С с N2 ВАНАДИЙ образует нитрид VN (желтые кристаллы, температура плавления 2360 °С), с углеродом и углеродсодержащими газами выше 800°С - карбид VC (черные кристаллы, температура плавления ок. 2830 °С, микротвердость 20900 МПа), с Cl2 - хлориды и оксохлориды, с F2 - фториды и оксофториды (см. Ванадия галогениды), с Н2 - твердые растворы (растворимость Н2 в 100 г ВАНАДИЙ 122,6 см3). С металлами ВАНАДИЙ дает сплавы и интерметаллич. соединения. Ниже приводятся сведения о других соединение этого элемента.

Галлид (галлид триванадия) V3Ga - светло-серые кристаллы; не растворим в воде и органических растворителях. Получают его взаимодействие V с Ga или галлиевой бронзой при 1300°С, химический осаждением из газовой фазы с использованием VCl4 и GaCl3 в присутствии Н2. Сверхпроводник с критической температурой 16,8 К; обладает высокой плотностью тока в сильных магн. полях (до 1*105 А/см2 при 18 Тл). Применяют V3Ga при изготовлении обмоток соленоидов, кабелей для линий электропередачи, магнитов для магн. подвесок.

Диборид VB2 - серые кристаллы; температура плавления ок. 2400°С; не раств. в воде и органических растворителях. Получают восстановлением оксидов V бором или В4С в вакууме при 1500-1600 °С, спеканием V и ВАНАДИЙ Компонент жаропрочных сплавов, огнеупорный материал.

Силицид (силицид триванадия) V3Si - светло-серые кристаллы; температура плавления 1910°С (с различные); не растворим в воде и органических растворителях. Получают его из V и Si конденсацией паров в вакууме или взаимодействие в твердой фазе. Сверхпроводник с критической температурой 17,2 К. Перспективен для использования в магн. системах электротехн. устройств.

Сульфид (пентасульфид диванадия) V2S5 - черные кристаллы; растворим в растворах сульфидов щелочных металлов с образованием красно-бурых растворов тиованадатов - М3VS4, MVS3, M4V2S7; получают взаимодействие V2S3 с избытком S при 400°С. Сесквисульфид V2S3 - черные кристаллы; при 1000°С диссоциирует с образованием VS; получают при действии CS2 на V2O5, нагретый до 700°С. Моносульфид VS - темно-коричневые кристаллы; получают нагреванием V2S3 в среде Н2 при 850-1100 °С или сплавлением S с V2O5 при 400 °С в среде СО2.

О ванадиевых бронзах см. Бронзы оксидные. Получение. Осн. источник В. - ванадийсодержащие железные руды. При их обогащении получают концентраты, содержащие 60-67% Fe. Богатые ВАНАДИЙ концентраты (8-16%) в смеси с Na2CO3 или Na2SO4 окомковывают, а окатыши обжигают в окислит, среде при 800-1300 °С. При этом низшие оксиды Fe и V окисляются и образуются легкорастворимые ванадаты Na (V2O5 + Na2CO3 -> 2NaVO3 + CO2), которые при водной обработке переходят в раствор. К последнему добавляют минер, кислоты (до рН 1,6-1,9) и нагревают до 90-95°С. При этом в результате гидролиза ванадатов образуется осадок (химический концентрат), который после удаления влаги содержит 92-95% V2O5, 4,5-7,5% Na2O и примеси др. оксидов. При осаждении в присутствии солей аммония содержание Na2O в осадке значительно меньше.

Концентраты с содержанием ВАНАДИЙ ок. 1% подвергают окомкованию и термодинамически упрочению (агломерации), а затем плавят в доменной печи. ВАНАДИЙ переходит в чугун, а при продувке последнего в конвертере воздухом или кислородом - в ванадиевый шлак (10-15% ВАНАДИЙ). Последний смешивают с Na2CO3, NaCl или СаСО3 и обжигают в окислит. среде при 750-900°С. Обожженную шихту выщелачивают водой или разбавленый H2SO4. Из раствора, как и в предыдущем случае, выделяют химический концентрат, содержащий после сушки до 92% V2O5.

Полученный по обоим способам химический концентрат используют для выплавки феррованадия и др. сплавов. Феррованадий (35-80% ВАНАДИЙ) получают путем восстановления V2O5 ферросилицием или Al.

Значит. часть ВАНАДИЙ (в виде V2O5) получают в качестве побочного продукта при переработке фосфоритов, апатитов, патронитовых, карнотитовых, роскоэлитовых руд, бокситов, алунитов, медно-свинцово-цинковых и др. полиметаллич. руд, золы высокосернистых нефтей и нефтепродуктов, битуминозных сланцев. Патронитовые руды из-за большого содержания ВАНАДИЙ подвергают сначала окислит. обжигу, а затем восстановит. плавке в электропечах с получением феррованадия.

Металлич. ВАНАДИЙ высокой чистоты получают: восстановлением хлоридов ВАНАДИЙ (образуются при хлорировании феррованадия) водородом; кальциетермодинамически восстановлением V2O3 (образуется при восстановлении V2O5 водородом); магниетермодинамически восстановлением VCl3; термодинамически диссоциацией VI2 (при этом получают металл наиболее высокой чистоты); электролизом расплавов галогенидов ВАНАДИЙ Чистота ВАНАДИЙ повышается (до 99,8-99,9%) после плавки в вакуумных электронно-лучевых печах или электрорафинирования.

Определение. Для обнаружения V(V) в растворе используют: реакцию с Н2О2 в 20%-ной H2SO4 (красное окрашивание) или в щелочной среде (желтое окрашивание); восстановление в кислом растворе действием SO2, H2S, Fe2 + , спирта и др. (синее окрашивание); осаждение из слабокислого раствора сине-черного комплекса с таннином; образование вишнево-красного соединения Fe(II) при добавлении в солянокислый раствор FeCl3, диметилглиоксима и NH3; окрашивание раствора в красно-бурый цвет при добавлении (NH4)2S; осаждение белого осадка NH4VO3 при насыщении раствора NH4Cl или др. При совместном растирании образца, содержащего ВАНАДИЙ, с 8-гидроксихинолином смесь окрашивается в желто-оранжевый цвет, который при нагревании переходит в густо-синий.

При количественное определении ВАНАДИЙ образцы сплавляют с К2СО3 и Na2O2, а затем выщелачивают плав водой или разлагают кислотами. Для отделения ВАНАДИЙ от сопутствующих элементов его осаждают в виде ванадатов Са, Ва, Hg, Pb, Ag, малые кол-ва может быть выделены аммиаком совместно с Al(ОН)3 и Fe(OH)3. Используют также осаждение с (NH4)3H4[P(Mo2O7)6], 8-гидроксихинолином, бензоатом аммония и др. органическое реагентами, электролиз с ртутным катодом, экстракцию эфиром и отгонку ВАНАДИЙ в струе сухого НCl, ионный обмен. Гравиметрически ВАНАДИЙ определяют в виде V2O5. наиболее достоверные результаты получают с помощью титриметрич. методов, заключающихся в предварит. восстановлении V(V) до V(IV) при действии SO2, FeSO4 и некоторых металлов и послед, титровании КМпО4. Распространен способ окисления ВАНАДИЙ КМпО4 с послед, титрованием раствором соли Fe(II). Используют также потенциометрич., фотометрич. (с Н2О2) и др. методы. Получили применение физических методы определения ВАНАДИЙ: эмиссионный спектральный, атомно-абсорбционный, нейтронно-активационный (с использованием короткоживущего изотопа 52V) и др.

Применение. В. в основные (на 85%) используют как легирующую добавку для сталей, резко повышающую их прочность, сопротивление усталости и износоустойчивость. В. в сталях быстрее, чем др. элементы, взаимодействие с растворенным С, образуя твердые и жаростойкие карбиды, которые, равномерно распределяясь в железе, способствуют образованию мелкокристаллич. структуры. ВАНАДИЙ используют также для легирования чугуна, как компонент сплавов для постоянных магнитов, жаропрочных, твердых и коррозионностойких сплавов, а также в качестве конструкционного материала для ядерных реакторов. Добавки В. в золото повышают твердость последнего.

Мировое производство ВАНАДИЙ составляет ок. 25 тысяч т/год (1981). Важнейшие страны-производители: ЮАР (~ 45%), США (~19%), Чили (-3%), Финляндия, Норвегия.

Соединения ВАНАДИЙ токсичны. Они могут поражать органы дыхания, пищеварения, систему кровообращения и нервную систему, а также вызывать воспалит. и аллергич. заболевания кожи.

В качестве микроэлемента ВАНАДИЙ входит в состав микроорганизмов, животных и растений. Некоторые организмы, например асцидии, лишайники, избирательно концентрируют В.

Впервые ВАНАДИЙ был открыт в 1801 А. М. дель Рио. Однако позднее стали считать, что за новый элемент принят Сг. Лишь в 1830 существование ВАНАДИЙ было твердо установлено Н. Сефстрёмом и независимо от него Ф. Вёлером.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
готовые комплекты оборудования с колонками в аренду
Фирма Ренессанс лестницы.просто.ру - качественно, оперативно, надежно!
кресло ch 626
Удобно приобрести в КНС Нева SL-M3870FD - онлайн кредит во всех городах России.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(10.12.2016)